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  <title>如何计算UDP头的checksum - whowin - 发表我个人原创作品的技术博客</title>
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          <article class="post">
    
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      <h1 class="post-title">如何计算UDP头的checksum</h1>

      <div class="post-meta">
        <span class="post-time"> 2022-12-12 </span>
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    <div class="post-toc" id="post-toc">
  <h2 class="post-toc-title">文章目录</h2>
  <div class="post-toc-content always-active">
    <nav id="TableOfContents">
  <ul>
    <li>
      <ul>
        <li><a href="#1-udp报文结构">1. UDP报文结构</a></li>
        <li><a href="#2-ip报头结构">2. IP报头结构</a></li>
        <li><a href="#3-udp报头checksum的计算">3. UDP报头checksum的计算</a></li>
        <li><a href="#4-udp报头checksum的验证">4. UDP报头checksum的验证</a></li>
        <li><a href="#欢迎订阅-网络编程专栏httpsblogcsdnnetwhowincategory_12180345html"><strong>欢迎订阅 <a href="https://blog.csdn.net/whowin/category_12180345.html">『网络编程专栏』</a></strong></a></li>
      </ul>
    </li>
  </ul>
</nav>
  </div>
</div>
    <div class="post-content">
      <p>UDP报头只有4个字段，分别是：源端口号、目的端口号、报文长度和报头checksum，其中的报头checksum这个字段在IPv4中并不是强制的，但在IPv6中是强制的，本文介绍UDP报头中checksum的计算方法，并给出相应的源程序，实际上，网络通信中常用的IP报头、TCP报头和UDP报头中都有checksum，其计算方法基本一样，所以把这些检查和一般统称为Internet Checksum；本文对网络编程的初学者难度不大。</p>
<h2 id="1-udp报文结构">1. UDP报文结构</h2>
<ul>
<li>
<p>UDP报文为两部分，报头+数据；</p>
</li>
<li>
<p>在Linux下，UDP报头定义在头文件linux/udp.h中；</p>
<div class="highlight"><div class="chroma">
<table class="lntable"><tr><td class="lntd">
<pre tabindex="0" class="chroma"><code><span class="lnt">1
</span><span class="lnt">2
</span><span class="lnt">3
</span><span class="lnt">4
</span><span class="lnt">5
</span><span class="lnt">6
</span></code></pre></td>
<td class="lntd">
<pre tabindex="0" class="chroma"><code class="language-C" data-lang="C"><span class="line"><span class="cl"><span class="k">struct</span> <span class="n">udphdr</span> <span class="p">{</span>
</span></span><span class="line"><span class="cl">    <span class="n">__be16</span>	<span class="n">source</span><span class="p">;</span>
</span></span><span class="line"><span class="cl">    <span class="n">__be16</span>	<span class="n">dest</span><span class="p">;</span>
</span></span><span class="line"><span class="cl">    <span class="n">__be16</span>	<span class="n">len</span><span class="p">;</span>
</span></span><span class="line"><span class="cl">    <span class="n">__sum16</span>	<span class="n">check</span><span class="p">;</span>
</span></span><span class="line"><span class="cl"><span class="p">};</span>
</span></span></code></pre></td></tr></table>
</div>
</div><ul>
<li>source - 来源端口号，可选项，如果不使用，填充 0；</li>
<li>dest - 目的端口号；</li>
<li>len - 报文长度；</li>
<li>check - 报头的校验和，在IPv4中是可选的，IPv6中是强制的，如果不使用，应填充0；</li>
</ul>
<p><img src="https://whowin.gitee.io/images/180003/udp_packet_structure.png" alt="UDP数据报结构"></p>
  <center><b>图1：UDP数据报结构</b></center>
</li>
</ul>
<hr>
<h2 id="2-ip报头结构">2. IP报头结构</h2>
<ul>
<li>
<p>之所以在这里介绍IP报头，是因为在计算UDP报头checksum时会用到IP头中的一些字段；</p>
</li>
<li>
<p>在Linux下，IP报头定义在头文件linux/ip.h中，可以自行查看，我们这里仅给出图示；</p>
<p><img src="https://whowin.gitee.io/images/180003/ip_header.png" alt="IP报头"></p>
  <center><b>图2：IP报头结构</b></center>
</li>
</ul>
<hr>
<h2 id="3-udp报头checksum的计算">3. UDP报头checksum的计算</h2>
<ul>
<li>
<p>UDP报头checksum的定义及计算方法在<a href="http://www.faqs.org/rfcs/rfc768.html">RFC 768</a>中有明确的说明；</p>
</li>
<li>
<p>UDP报头checksum的具体算法在<a href="http://www.faqs.org/rfcs/rfc1071.html">RFC 1071</a>有明确的说明；</p>
</li>
<li>
<p>在计算UDP报头checksum前要首先为UDP报头加上一个伪报头；</p>
</li>
<li>
<p>加上伪报头的UDP报文格式如下：</p>
<p><img src="https://whowin.gitee.io/images/180003/udp_packet_pseudo_header.png.png" alt="伪报头"></p>
  <center><b>图3：伪报头</b></center>
</li>
</ul>
<hr>
<ul>
<li>
<p>伪报头中源IP地址(Source IP address)、目的IP地址(Destination IP address)和协议(Protocol)这三个字段都是从IP报头中取过来的；</p>
</li>
<li>
<p>源IP地址和目的IP地址是32-bit的IP地址，Protocol字段是网络协议号，UDP协议号为17(0X11)；</p>
</li>
<li>
<p>伪报头中 UDP length 这个字段指的是 <strong>UDP报头+数据</strong> 的长度，并不包括伪报头的长度，其值和UDP报头中的len字段应该是一样的；</p>
</li>
<li>
<p>如果checksum中没有加入伪报头，UDP报文也是可以安全送达的，但是，如果IP报头有损坏或者被认为修改，报文有可能被送到错误的地址；</p>
</li>
<li>
<p>伪报头中加入protocol字段是为了保证报文为UDP报文，正常情况下protocol为17(0x11)，如果传输中这个字段变化了，那么在接收端计算出的checksum就会不正确，接收端会丢弃这个出现错误的报文；</p>
</li>
<li>
<p>checksum 计算规则：</p>
<ol>
<li>UDP报头中的check字段填充0；</li>
<li>(伪报头+UDP报头+DATA)的长度应该为16-bit字的整数倍，如果不是，DATA的最后部分要填充1个字节0，以使其为16-bit字的整数倍；</li>
<li>(伪报头+UDP报头+DATA)看作是很多个16-bit字，并逐一相加，结果仍为16-bit字，如果出现溢出，则结果+1，然后继续，直至完成；</li>
<li>结果求反即为所需的checksum；</li>
</ol>
</li>
<li>
<p>在RFC768中定义的UDP的checksum为：(伪报头+UDP报头+DATA)按16-bit字进行反码求和的结果就是checksum；但实际上原码求和再取反和反码求和是一样的结果，因为求反码再求和的方法对每一组16-bit字都要做一次求反运算，因此其运算量更大一些，在实际中没有人使用；</p>
</li>
<li>
<p>以上两种运算方法在本文给出的范例中均有体现，可以用来验证其结果的一致性；</p>
</li>
<li>
<p>按照RFC768的说明，当checksum的运算结果为0时，checksum应该作为全1来传输，因为在UDP协议中，checksum为0表示没有使用checksum，UDP的checksum在ipv4中并不是强制使用的。</p>
</li>
<li>
<p>下面是计算udp报头checksum的完整源代码，源代码文件名：<a href="https://gitee.com/whowin/whowin/blob/blog/sourcecodes/180003/udp-checksum.c">udp-checksum.c</a>(<strong>点击文件名下载源程序</strong>)</p>
</li>
<li>
<p>其中在计算checksum的程序中参考了RFC1071中给出的源代码；</p>
</li>
<li>
<p>checksum1()使用的常规的算法，checksum2()使用的把每个16-bit字求反再相加的算法进行的运算，两种算法的结果是一样的。</p>
</li>
<li>
<p>读者可以根据需要适当地调整数据，以使其计算出不同的结果；</p>
</li>
<li>
<p>编译：<code>gcc -Wall udp-checksum.c -o udp-checksum</code></p>
</li>
<li>
<p>运行：<code>./udp-checksum</code></p>
</li>
<li>
<p>下面是我的机器上的运行结果截屏</p>
<p><img src="https://whowin.gitee.io/images/180003/udp_checksum_screenshot.png" alt="程序运行截屏"></p>
  <center><b>图4：程序运行截屏</b></center>
</li>
</ul>
<hr>
<h2 id="4-udp报头checksum的验证">4. UDP报头checksum的验证</h2>
<ul>
<li>UDP报文的接收端是需要对checksum字段进行验证的，方法如下：
<ol>
<li>加入伪报头；</li>
<li>将(伪报头+UDP头+DATA)按16-bit分成若干个16-bit字，如果最后一个字节无法组成一个16-bit字，要在DATA的最后补0；</li>
<li>将所有的16-bit字相加(包括checksum字段)，其结果仍然是16-bit字，如果出现溢出则结果+1；</li>
<li>如果最后结果为全1，即：0XFFFF，则表示UDP报文正确，否则应该认为UDP报文有错误，应该丢弃。</li>
</ol>
</li>
</ul>
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    <span class="item-title">文章作者</span>
    <span class="item-content">whowin</span>
  </p>
  <p class="copyright-item">
    <span class="item-title">上次更新</span>
    <span class="item-content">
        2022-12-12
        
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